九、染色体工程
染色体工程
染色体数目变异
整倍变化： 多倍体：细胞中含有三个或更多染色体组的个体 单倍体：细胞中含有正常体细胞的一半染色体数 非整倍体变化： 染色体减少：单体（减1条）、缺体（减1对） 染色体增加：三体（加1条）、四体（加1对） 染色体代换：同种代换、异种代换
整倍体异常产生的机制
1、三倍体 细胞中有三个染色体组，人类全身三倍
5.1
人工诱导多倍体
特点：操作简单，成本低廉，对胚胎发育影响小，有利于 养殖场大规模生产使用 适用： 冷水性鱼类——热休克法
温水性鱼类——冷休克
5.1
人工诱导多倍体
2.水静压法 原理：抑制纺缍体的微丝和微管的形成，阻止染色体移
动，从而抑制细胞分裂。 方法： 65kg/cm2 特点：诱导率高，处理时间短，对受精卵损伤小，成活率 高。但需要专门的设备——水压机，成本较高， 不适于大规模生产。
• 单基因决定性别分化
• 主基因突变决定性别分化
• 性基因的集中决定性别分化
5.4
动物的性别控制
Y染色体性别决定区基因
• 1990年，Sinclair等克隆到人Y染色体性别决定区基因— —SRY基因(Sex-determining region)
5.4
动物的性别控制
动物性别控制的途径与现状 分离X精子与Y精子 鉴定胚胎性别 控制发育条件 控制受精的条件 性反转法
)
5.1 5.2
人工诱导多倍体 染色体非整倍体变化
5.3
5.4
人工诱导雌雄核发育
动物的性别控制
染色体工程:
是按照人们的需要对生物的染色体进行操作,添加、 消减或替换染色体，从而达到定向选育新品种或创造
人工新物种的目的。
广义上，还包括染色体内部的部分遗传操作技术。
九、染色体工程
11
3. 化学方法
有些化学物质也可以用来阻止第二极体的排出或受精卵的 有丝分裂而产生三倍体或四倍体。
细胞松驰素B：能抑制肌动蛋白聚合成微丝，从而抑制细胞 质分裂。 秋水仙碱：可以抑制细胞分裂中纺缍丝的形成，因而抑制 有丝分裂。 其它药物：N2O 、CHCIF2和聚乙二醇等。 缺点：化学药品一般比较昂贵、且具有毒性，影响处理后 的胚胎发育，同时加上化学药物诱导产生的多倍体往往是在 育种上没有价值的镶嵌体，所以化学方法在实际中的应用不 及物理方法。
22
一、人工诱导雌核发育的方法
23
1.精子遗传物质的失活
物理方法：采用射线包括γ射线、X射线（效果较
好）和紫外线（效果较差）等处理精子使精子的遗
传物质失活。
化学方法：采用化学物质如甲苯胺蓝、乙烯尿素
和二甲基硫酸等消除精子染色体遗传活性的方法。
显微手术法：采用显微操作的方法直接去除受精
卵中雄性原核的方法。
40
1. 微细胞制备
2. 微细胞融合
41
1. 微细胞的制备
用化学药剂和（如秋水仙素）阻断供体细胞的有 丝分裂，使染色体停滞在有丝分裂中期，从而在染色 体周围逐渐形成核膜而成为众多的微核。然后在细胞
松弛素B的作用下使微核逐渐突出细胞膜外。最后经
过离心获得含有一个微核、四周有一薄层细胞质和质
膜界限的微细胞。
世代克隆系的建立，不同种间核质的杂种的产生和YY雄性
引起的性别控制等也有特殊的意义。
32
第三节
染色体显微操作技术
一．染色体分离 二．染色体微切割
33
一、 染色体分离
1.原理：由于荧光染料Hoechst 只对A-T特异性染色，而染料
染色体工程的名词解释
染色体工程的名词解释染色体工程（Chromosome Engineering），是指利用现代生物技术手段，对生物体的染色体进行人工操控和改造的过程。
通过改变染色体的结构和组成，染色体工程可以实现对生物体基因组的精确编辑和调控，从而影响生物个体的遗传特征和表达方式。
【引言】染色体是细胞核中的重要成分，携带着生物体遗传信息的基因。
染色体工程的出现，为人们深入研究基因的功能和调控机制，以及开展基因治疗、种质改良等方面的研究提供了前所未有的机会。
本文旨在对染色体工程的概念、操作方法和应用领域进行解释与阐述。
【染色体工程的概念】染色体工程源于20世纪60年代末的细胞遗传学研究，当时科学家们最早开始探索将人工合成的DNA序列导入真核细胞中的可能性。
随着技术的不断发展，染色体工程已逐渐演变为一种具有广泛应用前景的生物工程技术。
其基本原理是通过模块化设计的DNA序列和遗传载体的辅助，将人工合成的DNA片段引入目标生物的染色体中，实现对基因组的精确编辑和调控。
【染色体工程的操作方法】染色体工程的操作方法主要包括：基因克隆、DNA合成、基因导入和基因修饰等关键步骤。
首先，科学家们通过PCR、限制性内切酶和DNA合成等技术手段，将目标基因的DNA序列复制并扩增出来。
然后，利用载体（如质粒、病毒等），将目标基因导入到目标生物的染色体上。
最后，利用基因编辑工具（如CRISPR-Cas9系统），对染色体中的目标基因进行精确编辑和修饰。
【染色体工程的应用领域】染色体工程在许多领域都有广泛应用。
其中之一是基因治疗。
通过染色体工程技术，科学家们可以将治疗性基因导入到病人的染色体中，从而校正或替代患者染色体上的缺陷基因，实现对疾病的治疗和预防。
此外，染色体工程也在农业领域有着重要的应用，可以通过编辑作物染色体上的目标基因，提高农作物的产量、品质和抗逆性。
另外，染色体工程还可以用于生物工厂的构建，通过引入特定的代谢途径和基因组部件，实现对微生物的功能强化，从而生产出具有高附加值的化合物。
第10章动物染色体工程
DNA稳定遗传的三种功能位点
4、染色体组
◆ 染色体组
◆ 染色体组型 ◆ 染色体倍性
体细胞中的一组非同源染色体，它们在形态和功能上各不相同，但 是，携带着控制一种生物生长发育、遗传和变异的全部信息，这样 的一组染色体，叫做一个染色体组。
染色体组型是指一个体细胞中全部染色体的数目、大小和形态特征。
◆ TEL (telomeric sequence)
The sequences at the ends of eukaryotic chromosomes, called telomeres, play critical roles in chromosome replication and maintenance.
染色体的串珠状形式与螺线管结构
146bpDNA的核 小体核心由54bp 间隔DNA连成一 条串珠状结构； 核小体螺旋形缠绕 形成螺线管结构， 每一周螺旋含6个 核小体，因此， DNA长度缩短了6 倍。
从DNA到染色体的包装压缩
• DNA链
（1：7）
核小体
（1：6）
螺线管
（1：40体细胞内以染色体组为基数进行的整倍性变 化，以整倍体染色体数目变化产生的变异会产生 多倍体和单倍体； ② 另一种是染色体组内的个别染色体数目有所增减， 使细胞内的染色体数目不是基数的的完整倍数， 因此被称为非整倍体。
染色体结构变异
易位：一个染色体上某一 区段跟另一非同源染色 体上的区段发生互换 缺失：染色体的某一区段 及带有的基因一起丢失 倒位：染色体上某一区段 连同它带有的基因顺序 发生180度倒转 重复：一个染色体上增加 了相同的某个区段。
这种不同科、属、种之间的远源杂交，会导致第二极体不排出，
染色体工程笔记(校对版)
绪论1染色体工程技术是以现代生物学为基础，是生命科学发展的前沿学科和龙头学科。
2生物工程：酶工程发酵工程细胞工程（染色体工程染色体组工程基因工程细胞质工程体细胞杂交）3染色体工程技术的主要任务：研究现有chr组的增加和削减，以及新chr的合成，研究chr 的数目行为结构的变异探索生命发生发展的机制和规律，进而达到人工控制和改造生命遗传变异的目的，涉及学科较多，如细胞遗传学细胞分类学细胞地理学物种生物学遗传学包括经典遗传学数量遗传学分子遗传学人类遗传学行为遗传学时控遗传学量子遗传学毒理遗传学植物/动物/微生物遗传学群体遗传学光生物学涉及的基础学科：植物学遗传学动植物生理学4染色体工程技术这一术语是由理查德1966年提出来的，目前仍在个体水平上进行，广义的染色体工程包括应用细胞遗传学技术通过有性杂交和回交体细胞杂交的方法，有计划的转移染色体组染色体或染色体片段，将亲缘关系较近的染色体进行杂交时会产生杂交的不可交配性，通过用外源的生长物质桥梁来预先改变染色体的倍数，用混入失活的亲本花粉促进远缘花粉萌发的措施均能程度不同的提高远缘杂交结实率，对于只能发育原胚阶段的远缘杂种采用活体离体培养的方法或者是先诱导愈伤组织分化成苗的分化培养法获得远缘杂交的后代称新物种或新种质 chr概念分类chr组注意区分n x n：配子体所含染色体组。
X：系统发育的结果一个chr组中的chr数目Eg：普通小麦（6倍体）2n=6x=425染色体工程对于研究植物多样性的意义：生物多样性的主要组成部分主要是农作物农作物的多样性不仅包括任何地区任何时间所栽培的植物中全部的基因遗传（基因库），还包括半驯化半野生的种，采，伐，接摘，放牧过程中人类所利用的多种植物，这种资源越丰富，改良育种多样性越多。
农作物基因库按血缘关系的远近分为：a第一基因库栽培品种资源基因库b野生种质资源基因库c近源属或亚属植物基因库d其他属植物基因库e近缘克植物基因库f其他科植物基因库包括半驯化半野生的种6中国农用植物多样性的概括（名词概念）据不完全统计我国农用植物1万种左右可分为3个大类22个类群a食用植物：在直接食用的植物当中，包括粮食作物100种，食用油类植物100种糖类植物50余种蔬菜类200余种果树类300余种饮料类50种间接食用的植物：饲料类500余种牧草类2500余种b工业植物：木材2000种橡胶类50余种芳香油植物350种工业油类500种柔质类300种色素类60种纺织类150种昆虫胶植物（染色剂）醋酸洋红染色剂来源于胭脂虫雌虫以内c药用植物 5000余种（人用）兽用药用植物500种土农药200种d环保植物：观赏类500种指示类160种固沙防沙类固N植物农作物：抗病抗逆丰产优质育种目标：高产（稳产）优质多抗中国是禾谷类植物籽粒糯性基因的起源中心：稻粟（小米）黍高粱五谷：稻黍麦稷（高粱）菽（豆类）7染色体工程与特殊遗传材料方面的研究特殊遗传材料主要是利用染色体工程技术人工合成的同源多倍体，非整倍体异源染色体代换系易位系附加系不孕系核质置换系可以概括为某物种染色体数目或结构变异所包含基因有特殊价值并能够通过繁殖将遗传特性传递给子代的材料非整倍体：单体（2n-1）蝗虫甲虫缺体（2n-2）三体(2n+1) 四体（2n+2）eg：“中国春”小麦：普通小麦*黑麦鲍文奎：中国科学院院士以中国春为背景选育出一只哦那个春小麦（小偃麦小冰麦小簇麦及其附加系代换系易位系不少具抗病抗旱抗逆抗寒耐盐性）转基因植物a大豆：抗除草剂基因 b棉花：抗棉虫基因此外还有火铜草荞麦8染色体工程应用于分子生物学方面的研究（4种）对自主发生的DNA序列多态性进行检测和利用使作物遗传资源和育种研究具重要意义和新的发展，利用染色体工程用于远缘杂交的研究，在新种质创育方面取得显著成绩如8倍体小黑麦的研究棉花远缘杂交的研究杂交水稻的研究小麦染色体工程研究目前用于分子标记的类型:：a.RFLP:：（最早发展起来的）用限制性内切酶酶切不同个体基因组DNA后，用印迹转移杂交（即探针杂交用一段已知序列的核酸片段作探针与变性后的单链基因组DNA接触时，如果两者的碱基完全配对，则可褪火成双链通过标记的DNA探针探测有无阳性信号，从而表明被检测基因组DNA中是否含有已知的DNA序列，它是目前基因诊断的一种方法）的方法检测同源序列，酶切片段长度上的差异（也有人称之为限制性片段长度多态性（RFLP））b RAPD：随机扩增多态性，用短的DNA寡核苷酸作为随机产物，对基因组DNA进行PCR扩增而产生多态性的DNA片段，其特点是不依赖于种属特异性和基因组的结构合成一套引物，可以用于不同生物的基因分析，它基于PCR技术，分析程序简单所需DNA量很少，遗传上呈显性，已被广泛应用于基因的快速定位和遗传作图，但其受反应条件的影响较大，因而重复性交差c SSR：又称微卫星DNA（短的串联的简单的重复序列）是指含有n个（1-5）碱基对串联，重复的DNA序列，由于这些序列广泛存在于其核细胞的基因组，串联重复的数目是可变的而呈现出高度多态性以及在单个微卫星位点上可作共显性的等位基因分析，近年来，微卫星序列作为比较理想的分子结构标记广泛用于遗传图谱的构建，同一种族以及系统发育的研究。
染色体工程
特点
同种或异种精子进入卵内只起刺激卵子 发育的作用，不形成雄性原核和提供遗 传物质，其子代的遗传物质完全来自雌 核，只具有母本的性状
雌 核 发 育 过 程
人工诱导雌核发育的方法
（1）精子遗传物质的失活
采用显微操作的方法直接 去除受精卵中雄性原核 采用物理辐射如γ射线、X射线和紫外线 等处理精子使精子的遗传物质失活。 采用化学物质如甲苯胺蓝、乙烯尿 素和二甲基硫酸等 除精子染色体遗 传活性
染色体转移技术的应用前景
• 与体细胞杂交一样，利用染色体转移进行基因定位也是细 胞工程的一项重要技术。由于体细胞转化子中某一染色体 或其片段的存在，与细胞专一性状表达相联系，因此可以 定位基因与特殊染色体或某一区段上. • 如小鼠的微细胞可被导入到另一品系的小鼠或仓鼠甚至与 人的HL细胞内，电泳检测显示存在着小鼠基因型的大分 子物质，如磷脂D，嘌呤核苷磷酸化酶和肽酶B。已经把 前两种酶的结构基因定位于小鼠的第14号染色体上，由于 提示该号染色体已经进入宿主细胞内并行使其功能。 • 另如分离的野生型中国仓鼠细胞的中期染色体在转移到小 鼠L-细胞内后，可探查到特异的供体基因产物HPRT，经 检定该基因的染色体片段也被整合到了受体小鼠的第14号 染色体上。ຫໍສະໝຸດ 1细胞同步化与染色体的分离
• 通常的方法是使细胞经有丝分裂阻断剂秋 水仙素处理而同步，再洗涤数次以去除残 存的秋水仙素和胰酶；然后移置低温中性 缓冲液中培育，以利于细胞破碎和保持染 色体的形状；同时，在分离缓冲液中加入 的己烯乙二醇可维系染色体的完整性，提 高钙离子的浓度则能防止染色体的解离； • 最后使细胞经注射针喷射而破碎，即可使 染色体释放出来。
人工染色体
自主复制 DNA序列
端粒 着丝粒 DNA序列 DNA序列
染色体工程
1、染色体的分离技术
哺乳动物细胞培养 秋水仙碱处理细胞使其处于分裂中期 低渗处理，加皂苷，破裂细胞 TMS液处理，离心，收集染色体 染色体储存于含20％甘油的TM液中
2、染色体转移技术
染色体悬液与受体细胞混合 生长于非选择培养基中持续3代，加多聚L 鸟氨酸可提高染色体进入受体细胞的几率 约3天后移入选择培养基 筛选与鉴定
YAC的缺点 YAC的缺点： 的缺点
1、插入片段大，稳定性较差，发生序列重排， 造成序列错乱。
四、细菌人工染色体（BAC） 细菌人工染色体（BAC）
三、人工染色体
染色体作为基因转移的天然载体，可转移 连锁的基因群，故在此基础上发展了人工 染色体。 现正在研究的人工染色体有三种： 酵母人工染色体（YAC，1000kb） 细菌人工染色体（BAC，300kb） 哺乳类人工染色体（MAC）
载体基本序列元件： YAC 载体基本序列元件：
• 酵母染色体DNA自主复制顺序（ARS）： 负责DNA复制 • 酵母染色体的着丝粒顺序（CEN）： 保证酵母细胞分裂时染色体的分配 • 酵母染色体的端粒顺序（TEL）： 维持染色体结构的稳定性（两端各一个） • 选择标记：用于重组克隆的筛选 pYAC4是一个大肠杆菌穿梭质粒，含有Amp大肠杆 菌筛选标记
染色体工程
染 色 体 工 程 (chromosome engineering) 指 的是按设计有计划削减、添加和代换同种 或异种染色体的方法和技术，也称为染色 体操作。 染色体工程一词，虽然在20世纪70年代初 才 提 出 ， 但 早 在 30 年 代 ， 美 国 西 尔 斯 (E.R.Sears)及其学生就已开始研究。它不 仅在改良植物的遗传基础培育新品种上受 到重视，而且也是基因定位，和染色体转 移 等 基 础 研 究 的 有 效 手YAC构建 示意图
植物染色体工程概述
合肥学院Hefei University细胞工程课程综述题目: 植物染色体工程概述系别:专业:学号:姓名:2013年6月25日植物染色体工程概述李双双1002012045 生工二班摘要：植物细胞工程[1]涉及胚拯救、小孢子培养、体细胞杂交、离体受精、体细胞无性系变异、染色体工程等多方面内容。
本文是对染色体工程这方面的概述，主要内容包括加倍技术、内容、实践运用和发展方向。
关键词：染色体工程加倍技术内容实践运用发展方向染色体工程，又称染色体操作(chromosome manipulation)，是人们按照一定的设计，有计划的削减、添加或代替同种或异种染色体，从而达到定向改变遗传特性和选育新品种的一种技术。
自从1879年，由德国生物学家弗莱明经过大量实验发现了染色体的存在。
由此后1883年美国学者提出了遗传基因，（所谓遗传基因，也称为遗传因子，是指携带有遗传信息的DNA或RNA序列，是控制性状的基本遗传单位。
）在染色体上的学说，科学家们对染色体的研究就从未断过，染色体工程也就不断在进展。
目前，植物学家们已经将染色体工程用于作物品种的改良，使其成为一门育种新技术，此外它也是研究基因定位和异源基因导入的有效手段。
其基本的操作程序包括如下几个步骤：杂交；依靠杂种(或亲本) 减数分裂时染色体联合的规律性变化产生具有不同染色体组成的配子；在杂种或杂种后代中通过细胞学鉴定，筛选所需要的材料。
一、染色体加倍技术[2]1 化学诱导方法1.1细胞松驰素B(cytochalasin)在细胞分裂中期使用，能抑制肌动蛋白聚合成微丝，从而抑制细胞质分裂，使用最早、最广泛，其诱导效果也最突出。
1.2秋水仙素(colchicine)在细胞分裂中期使用，阻止细胞分裂过程中的纺缍体的形成。
其特点为价格昂贵，有毒性。
2 物理学方法2.1温度休克法包括冷休克法和热休克法两种，即用略高于或略低于致死温度的冷或热休克来诱导三倍体或四倍体的方法。
染色体工程
一般认为ＣＩＰＣ是不引起染色体自身异常 一般认为ＣＩＰＣ是不引起染色体自身异常 ＣＩＰＣ 分裂抑制剂，能引起体细胞分裂异常， 分裂抑制剂，能引起体细胞分裂异常，作为获得 染色体的减数及单倍体的手段已经引起人们注 意．
七．转化作用体的选择
通过染色体导入使转化作用达到目的时， 通过染色体导入使转化作用达到目的时，导 入原生质体的染色体效率是极低的， 入原生质体的染色体效率是极低的，由于一般原 生质体自身分裂增值率也不太高， 生质体自身分裂增值率也不太高，所以这样的细 胞系的利用是必要而不可缺少的条件． 胞系的利用是必要而不可缺少的条件．
ＤＮＡ作为直接受体被放出，使分解率增 ＤＮＡ作为直接受体被放出， 作为直接受体被放出 因而染色体不可能完全导入， 高．因而染色体不可能完全导入，即使仅仅导入 部分基因也是好的．为了解决这样的缺点， 部分基因也是好的．为了解决这样的缺点，把微 小核包上细胞膜就形成细胞， 小核包上细胞膜就形成细胞，把这些和受体细胞 原生质体融合的方法，即如果是微小核细胞， 原生质体融合的方法，即如果是微小核细胞，和 变成受体的原生质体融合， 变成受体的原生质体融合，则把少数的染色体作 为微小核导入是可能的． 为微小核导入是可能的．
二提取步骤是: 减数分裂期染色体的一般提取步骤是 由花粉母细胞通过适当的酶液分离原生质体; ①由花粉母细胞通过适当的酶液分离原生质体 把获得原生质体在低渗透压的缓冲液中破坏以后； ②把获得原生质体在低渗透压的缓冲液中破坏以后； ③通过适当的缓冲液和离心操作重复进行几次提取 染色体， 染色体，这是一种精制的方法 。
三.染色体的识别和鉴定 染色体的识别和鉴定
染色体的识别和鉴定的正确而传统的手段是 核型分析法，所以通常通过对各个染色体的长度， 核型分析法，所以通常通过对各个染色体的长度， 着丝点的位置，髓体的有无等来进行识别。 着丝点的位置，髓体的有无等来进行识别。 荧光染色法， 光谱带法等通过利用染色体部 荧光染色法，C光谱带法等通过利用染色体部 位染色性的不同性质， 位染色性的不同性质，从各个染色体表现浓淡的 谱带的差别进行识别，已经广泛得到认可了。 谱带的差别进行识别，已经广泛得到认可了。
细胞工程九个重要图解
组织工程应用前景展望
创伤修复与再生医学
疾病模型与药物筛选
利用组织工程技术，可构建出具有生物活 性的皮肤、人体组织，构建疾病模型，用于 研究疾病发生机制及药物筛选。
生物制造与器官移植
个性化医疗与精准治疗
借助3D打印等技术，实现复杂组织和器官 的体外制造，为器官移植提供新的来源。
VS
应用领域
细胞融合技术在生物医学研究中具有广泛 的应用价值。例如，可以用于制备单克隆 抗体、生产重组蛋白、研究细胞信号传导 和代谢途径等。此外，还可以应用于组织 工程和再生医学等领域，用于构建具有特 定功能的组织或器官。
04
染色体工程图解
染色体结构变异分析
01
02
03
04
缺失
染色体上某一区段及其带有的 基因一起丢失，从而引起变异 的现象。
融合后处理
在融合完成后，需要去除多余的融合剂，并对融合产物进行筛选和鉴定。常用的筛选方法包 括荧光激活细胞分选（FACS）和磁珠分选等。
融合产物鉴定及应用
鉴定方法
对融合产物进行形态学观察、免疫学检 测和遗传学分析等，以确认其身份和特 性。例如，可以使用显微镜观察细胞的 形态和结构；使用抗体检测特定蛋白的 表达；使用PCR或测序等方法分析细胞的 基因组。
05
基因转移技术图解
基因转移方法介绍
物理方法
包括显微注射、基因枪、电穿孔 等，通过物理手段将外源基因导
入受体细胞。
化学方法
利用化学物质如脂质体、磷酸钙 等，将外源基因与化学物质混合 后，通过细胞膜融合或吞噬作用
进入细胞。
生物方法
利用病毒载体或非病毒载体，如 逆转录病毒、腺病毒、慢病毒等， 将外源基因包装在病毒颗粒内， 通过病毒感染的方式将基因导入
哺乳动物染色体工程新技术与染色体人工演化
哺乳动物染色体工程新技术与染色体人工演化哺乳动物染色体工程新技术与染色体人工演化引言：染色体是生物体内的重要组成部分，它携带着生物的遗传信息，决定了生物的性状和特征。
随着科学技术的进步，人类开始探索染色体工程和染色体人工演化的可能性，通过改变染色体的结构和功能，来实现对生物的精确操控和改良。
本文将介绍最新的哺乳动物染色体工程新技术和染色体人工演化的研究进展。
一、哺乳动物染色体工程新技术1. CRISPR基因编辑技术CRISPR基因编辑技术是目前最常用的染色体工程新技术之一。
通过CRISPR-Cas9系统，研究人员可以精确地编辑染色体上的目标基因，实现基因的添加、删除、修饰和替换。
这项技术不仅可以用于研究基因功能和疾病机制，还可以用于生物体的基因改良和基因治疗。
2. 染色体工程载体染色体工程载体是一种用于将外源基因导入染色体的工具。
研究人员设计了各种载体，如质粒、病毒和人工染色体等，用于携带和传递外源基因到目标染色体上。
这些载体通常具有高效的转染效率和稳定的遗传稳定性，为染色体工程提供了有力的工具。
3. 合成染色体技术合成染色体技术是一种将合成DNA序列导入生物体内，替代自然染色体的技术。
通过合成染色体，研究人员可以设计和构建具有特定功能和性状的染色体，实现对生物体的精确操控和改良。
目前已经成功合成了多种哺乳动物染色体，为染色体人工演化提供了有力的工具。
二、染色体人工演化1. 染色体重排染色体重排是指染色体内部或染色体间的基因重排和结构变化。
通过人工干预，研究人员可以改变染色体的排列顺序和结构，实现对生物体的基因组重塑和新基因组的产生。
染色体重排在生物进化和物种形成中起着重要的作用。
2. 染色体交换染色体交换是指染色体间的基因交换和遗传信息的互换。
通过人工干预，研究人员可以促使不同染色体之间的基因交换，实现基因的混合和重组。
染色体交换在生物进化和物种多样性的形成中起着重要的作用。
3. 染色体复制染色体复制是指染色体的复制过程和染色体数目的增加。
染色体工程技术绝版复习资料
染色体工程技术第一章绪论概述：染色体工程是以现代生物学为基础的学科，是生命科学的龙头（带头）科学。
生物工程分类：①细胞工程：染色体工程：染色体组工程；基因工程；细胞质工程；体细胞杂交；克隆（详见第四章）②醉工程③发酵工程染色体工程研究内容：现存染色体的添加和削减以及新染色体的合成，染色体数目结构的改变，探讨生命机制、发展规律，以达到人工操制改造生物的目的。
染色体工程概念：理查德1966年，个体水平广义染色体工程:应用细胞遗传学技术通过有性杂交和回交体细胞杂交等方法有计划的转移染色体组、染色体、或染色体片段，将亲缘关系较近的染色体杂交，会产生杂交的不可交配型，通过采用外源的生长物质、桥梁亲本预先改变染色体的倍数，用混入母本失活的花粉促进远源花粉萌发的措施均能程度不同的提高远源杂交的结实率，对于那些只能发育到原胚阶段的远缘杂种采用活体一离体培养，或者事先诱导愈伤组织再分化成苗的培养方法获得远源杂交后代，即新物种或新种质。
染色体工程对研究生物多样性的的意义：“三性”：多样性、多态性、杂合性。
五个基因库卜①栽培品种资源库（第一基因库）②野生种质资源库③近缘的属或亚属的植物④其它属的植物⑤近缘的科植物⑥其他科植物中国农用植物多样性概况我国农用植物有10000种分四大类、22个类群①食用植物一一直接食用：粮食100种、食用油类100种、糖类50余种、蔬菜700种、果树300种、饮料50多种。
——间接食用500种——牧草2500种②工业用植物③药用植物④环保植物染色体工程与特殊遗传材料方面的研究利用染色体工程人工合成的同源多倍体、非整倍体、异源染色体代换系、移位系、附加系、不孕系、核质置换系，可概括为某种植物染色体(数目、结构)所含基因具有特殊的价值，并通过繁殖将遗传特殊性传递给后代。
发现创育、收集特殊材料•：1961 “中国春”小麦鲍文奎八倍体小黑麦小偃麦、小冰麦、小簇麦及其附加系染色体工程用于分子生物技术方面的研究利用染色体工程对于作物遗传、育种具有重要的意义，通过远缘杂交、分子生物学手段创育新品种。
染色体工程的特点原理应用
染色体工程的特点、原理与应用1. 特点染色体工程是一种将人工合成的染色体引入细胞中，使其取代自然染色体的技术。
它具有以下几个特点：1.1 可定向修改基因组通过染色体工程技术，可以对染色体进行有针对性地修改，实现对基因组的精确编辑。
这使得科学家可以针对特定的基因进行修饰、插入或删除，从而改变生物体的基因组组成。
1.2 高度集成化染色体工程将整个基因组作为一个单位进行编辑，相比传统基因工程技术，具有更高的集成度。
同时，这种高度集成化的特点使得染色体工程更容易操作，减少了实验的复杂性和难度。
1.3 可实现大规模基因改造染色体工程技术可以同时修改多个基因，实现大规模基因改造。
通过构建复杂的人工染色体，可以实现对多个基因的高效编辑，加速基因组工程的进程。
1.4 提高基因表达效率人工染色体经过精密设计和合成，能够提高基因的表达效率。
相比自然染色体，人工染色体可以更好地调控基因表达，增加蛋白质的产量，从而实现对生物体性状的改变。
2. 原理染色体工程的基本原理是通过合成DNA来构建人工染色体，然后将其转导到目标细胞中，替代自然染色体。
其主要步骤包括：2.1 合成人工染色体科学家们通过化学合成或酵母工程等方法，合成具有特定序列的DNA片段，这些片段按照染色体的正常排列顺序组装成人工染色体。
2.2 纯化人工染色体合成后的人工染色体需要经过纯化过程，去除杂质，得到纯净的染色体DNA。
2.3 转导人工染色体将纯净的人工染色体DNA转导到目标细胞中。
这一步可以通过多种途径实现，如化学转染、电转化、病毒载体等。
2.4 替代自然染色体一旦人工染色体成功转导到细胞中，它就会替代自然染色体，成为细胞中的主要染色体。
人工染色体中的基因将在细胞分裂和复制过程中得到传递和表达，从而实现对基因组的改造。
3. 应用染色体工程技术在许多领域都有重要的应用价值，包括：3.1 科学研究染色体工程为科学家提供了一种精确编辑基因组的工具，可以用于研究基因功能、基因调控和生物发育等方面。
染色体工程
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染色体工程
基于ARS、CEN、TEL是线性染色体稳定的功能序列,人们 利用这些序列构建载体, 重组后的DNA以线性状态存在, 这样 不仅稳定,而且大大提高了插入外源基因的能力, 并且可以像天 然染色体一样在寄主细胞中稳定复制和遗传，称为人工染色 体。如利用从酵母染色体上分离的ARS、CEN、TEL序列构 建载体，然后用这种载体构建的染色体即称为酵母人工染色 体。
n 蛋白质电泳： n 生化分析：如在关东系银鲫中，三倍体红血球的丙酮酸激酶的含量含
著高于二倍体。 n 染色体计数：是鉴定多倍性的一个准确的直接方法。 n DNA含量测定：流式细胞仪。
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染色体工程
n 染色体直接计数法准确、直接，但费时； n 红细胞体积测量法省时、简单，在生产现场就能进行
染色体工程
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2020/11/19
染色体工程
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染色体工程
染色体变异
n 染色体结构变异
① 染色体易位：一个染色体上某一区段与另一非同源染色体上的区段发 生互换。
② 染色体缺失：染色体的某一区段及其带有的基因一起丢失 ③ 染色体倒位：染色体上某一区段连同它带有的基因顺序发生180度倒
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染色体工程
第一节 人工诱导多倍体
n 多倍体（polyploid）这个名词是由Winkler（1916年）首 先使用的，它是指每个体细胞中含有三个或更多染色体组的 个体而言。染色体组成多倍性现象在高等植物中相当多，但 动物界的多倍体现象却少得多。自从60年代发现一种美洲角 蛙是一个确定的四倍体动物以来，学者们陆续在低等脊椎动 物中发现许多多倍体动物，包括鱼类、两栖类和爬行类。
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染色体工程名词解释
染色体工程名词解释染色体工程是现代生物技术领域的一项重要研究内容，旨在利用基因编辑技术和染色体工程方法，对生物体的染色体进行重组、改造或插入新的功能基因。
这一领域的发展有望为人类社会带来许多重要的科学和医学应用。
以下将对染色体工程中常用的几个名词进行解释。
1. 基因编辑技术（Gene Editing）：基因编辑技术是通过人工改变生物体的遗传信息，实现基因组DNA序列的精确编辑。
CRISPR-Cas9是其中一种常用的基因编辑工具。
通过这种技术，科学家能够准确地编辑染色体上的特定基因，修补或删除有害基因，并且可以实现基因的特定插入、修改和旁座基因靶向突变。
2. 染色体重组（Chromosome Recombination）：染色体重组是指不同基因座上的遗传因子在染色体上的重组与重新分配。
通过染色体重组可以在不同的个体间发生，导致物种的遗传多样性。
在染色体工程中，染色体重组可以被用来在染色体上定位和插入特定的基因序列，实现对生物体的遗传信息的精确控制。
3. 染色体插入（Chromosome Insertion）：染色体插入是指将某种特定的DNA序列插入到目标染色体上的一种技术。
通过染色体插入，科学家能够将外源基因精确地插入到特定的染色体位点上，从而实现对生物体基因组的改造和功能增强。
4. 染色体灵活性调节（Chromosome Flexibility Modulation）：染色体灵活性调节是指通过改变染色体的三维结构和染色质的组织方式，来调控基因的表达和功能。
这种调节可以通过染色体上特定的变构分子参与的组蛋白修饰和染色质重塑来实现。
染色体灵活性调节在染色体工程中有着重要的意义，可以帮助科学家更好地控制特定基因的表达和功能。
5. 染色体复制（Chromosome Replication）：染色体复制是生物细胞分裂过程中染色体遗传物质的复制和传递。
在整个染色体工程的过程中，染色体复制是非常重要的一步。
只有确保染色体复制的准确性和完整性，才能准确地传递基因编辑的结果并保证生物体的正常发育和生长。
9号染色体的功能
9号染色体的功能
九号染色体是人类染色体中的一个，它承载了大量的基因信息，对于
人类的生长发育、遗传特征等多种生物学功能具有重要作用。
下面将从三
个方面详细阐述九号染色体的功能：
1.调节人体生长和发育：
九号染色体上的基因编码了多种与人体生长和发育密切相关的蛋白质。
例如，CDKN2A和CDKN2B基因编码了抑制细胞增殖和分化的蛋白质，它们
对细胞周期的调控起着重要作用。
此外，九号染色体上的TGFBR1、
TGFBR2、MAPK14等基因编码了参与细胞信号转导途径的蛋白质，能够调
控和影响胚胎发育、器官形成和身体生长等过程。
2.影响人类特征和疾病：
3.调控人体免疫系统：
九号染色体上的基因编码了多种与人体免疫系统密切相关的蛋白质。
例如，CD274基因编码的蛋白质PD-L1是免疫检查点调控分子的一种，通
过与其受体PD-1结合，可抑制T细胞的活化，从而调节免疫应答。
此外，九号染色体上的IFN-alpha和IFN-omega基因编码的蛋白质是干扰素家族
的成员，它们在机体感染病毒时能够发挥抗病毒作用，增强机体的免疫功能。
总之，九号染色体在人体生长发育、遗传特征、疾病和免疫等方面发
挥着非常重要的功能。
深入了解九号染色体上的基因和其功能机制，有助
于人们对人类生物学的理解，也为相关疾病的诊断、治疗提供了新的思路
和方法。
对九号染色体功能的研究也有助于揭示人类遗传学和进化学等基
础科学研究领域的问题。
染色体的发展史
染色体工程的研究与进展王婧雅染色体，是细胞核内由核蛋白组成、能用碱性染料染色、有结构的线状体，是遗传物质基因的载体。
但科学家对染色体的发现与研究却是经历了一个多世纪的漫长历程。
如今对染色体的研究早已不再停留在它的构造及功能，而是利用其独特的结构来实现更多超越性的科技创新，并由此有了染色体工程。
染色体工程，又称染色体操作(chromosome manipulation)，是人们按照一定的设计，有计划的削减、添加或代替同种或异种染色体，从而达到定向改变遗传特性和选育新品种的一种技术。
自从1879年,由德国生物学家弗莱明（Alther Flemming,1843～1905年）经过大量实验发现了染色体的存在。
由此后1883年美国学者提出了遗传基因（所谓遗传基因(Gene,Mendelian factor)，也称为遗传因子，是指携带有遗传信息的DNA或RNA序列，是控制性状的基本遗传单位。
）在染色体上的学说，科学家们对染色体的研究就从未断过，染色体工程也就不断在进展。
若把对染色体工程的研究分为植物和动物等几块，则植物染色体工程的基本程序是人工杂交，细胞学鉴定，在杂种或杂种后代中筛选所需要的材料。
这些研究不仅仅只在实验室里有展现，而已经运用于实践。
下面举几个运用实例：一、多倍育种。
多倍体育种是指体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体，是利用人工诱变或自然变异等，通过细胞染色体组加倍获得多倍体育种材料，用以选育符合人们需要的优良品种。
最常用、最有效的多倍体育种方法是用秋水仙素或低温诱导来处理萌发的种子或幼苗。
秋水仙素能抑制细胞有丝分裂时形成纺锤体，但不影响染色体的复制，使细胞不能形成两个子细胞，而染色数目加倍。
例如对西瓜进行多倍体育种。
自1937年Blakeslee和Avery利用秋水仙素诱发曼陀罗四倍体获得成功以后，各国相继展开人工诱发多：、倍体的研究。
自1939年发表关于获得四倍体西瓜的报告后，多倍体西瓜育种的研究由此进入了新时代。
染色体工程
基本步骤
细胞分裂同步处理：秋 01 水仙素，抑制纺锤丝形 成，使细胞分裂停留在 中期。
02 染色体荧光素染色：细
胞温和破碎，染色。
染色体分离：把制备的染 03 色体转移到细胞分类器上 进行分离
微细玻璃针切割法
采用特细玻璃针（直径0.17微米），在倒 置显微镜下对目的基因所在染色体区段进 行切割与分离 费用低，但技术性要求高、不易掌握。
利用简并引物直接PCR法 利用单一引物PCR法
染色体转移技术
定义：将染色体(甚至是全套染色体)和 分离提取的细胞核或DNA大分子片段， 可采用细胞融合或细胞显微注射法将染 色体或染色体片段导入细胞内，使该基 因能得以表达，并能在细胞分裂中传递 下去的技术称为染色体转移或染色体转 导。
染色体转移技术
用遗传标志鉴别雄核发育的二倍体化，即 由第一次有丝分裂的阻碍，还是由保留极 体而来。
假如二倍体源自第一次有丝分裂的抑制，杂合 雌性个体的子代都是纯合型；而如果是通过阻 止第二极体的外排产生的雌核发育个体，则子 代的情况取决于着丝点与基因间的距离。在着 丝点-基因距离远离时，将明显增加杂合型子 代的比例。
多倍体植物的性状比原来 的二倍体气孔、花、果实 和种子比二倍体者为大， 叶肉较厚，茎秆也较粗壮。
多倍体草莓
多倍体动物如两栖类、鱼 类、贝类都具有良好的生 存力和生长率。
四倍体鲫鱼
多倍体技术方法
生物诱变法：动物通过杂交方 01 法尤其是种间杂交获得异源多 倍体。种间杂交导致第二极体 不排出。植物包括胚乳培养、 体细胞杂交等。 化学诱变法：利用化学物质诱 02 导多倍体。常用的化学物质有： 细胞松弛素B、秋水仙素，还有 麻醉剂、聚乙二醇。 物理诱变法：温度激变（温度 03 休克法）、机械损伤、电离辐 射、离心、水静压法和高盐高 碱法等。
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2. 缺点
准确的处理时间； 诱导率、成活率及孵化率的提高； 准确可靠的倍性鉴定方法的确定。
19
第二节 雌、雄核发育
一．人工诱导雌核发育的方法 二．雌核发育的鉴别 三．雌核发育的意义 四．人工诱导雄核发育
20
雌核发育（gynogenesis）是单性生殖的一种，指卵子依靠 自己的细胞核发育成个体的生殖行为。同种或异种精子进 入卵内只起刺激卵子发育的作用，不形成雄性原核和提供 遗传物质，其子代的遗传物质完全来自雌核，只具有母本 的性状。
由于多倍体动物具有生长速度快，成活率高 及抗病能力强等特点，所以人工诱导多倍体、 改善动物经济性状倍受重视。
6
一、技术方法
7
多倍体是由于细胞内染色体加倍而形成的， 即通过抑制受精卵第二极体的放出产生三倍体， 或抑制第一次卵裂产生四倍体，可以利用生物、 物理和化学的方法得到多倍体。
8
1. 生物学方法
生物学上主要通过杂交尤其是种间杂交获得异源多倍体。 Rasch等（1965）年首次证明了三倍体脊椎动物可以通过
杂交产生，他们将雌核发育的二倍体帆鱂（Poecilia formosa）与P.Vittate杂交，得到三倍体后裔。 例如用雌性草鱼（2n＝48）与雄性三角鲂（2n＝48）杂交 可以获得子一代染色体数目为72的草鲂杂种三倍体。 异育银鲫与兴国红鲤杂交获得的复合四倍体，通过细胞方 法证明其产生的原因是受精卵发生了两性融合。 这种不同科、属、种之间的远源杂交，会导致第二极体不 排出，而产生多倍体。
13
1. 间接法：核体积测量、蛋白质电泳、系列 化学分析、形态学检查等；
2. 直接法：染色体计数、DNA含量测定等。
14
核体积测量：二倍体/三倍体核体积之比为1:1.5， 二倍体与四倍体的核体积之比为1:1.74。核体积测 量法省时、简单，在生产现场就能进行而广为人们 采用，但缺乏准确性，亦测不出嵌合体，往往需要 校正；
第九章 染色体工程
2
什么是染色体工程？
染色体工程（chromosome engineering）： 是人们按照一定的设计，有计划地消减、添加
或代换同种或异种染色体，从而达到定向改变遗 传特性和选育新品种的一种技术。广义上讲它还 应包括染色体内部的部分遗传操作技术，因此也 称为染色体操作。
3
第一节 人工诱导多倍体 第二节 雌、雄核发育 第三节 染色体显微操作技术 第四节 染色体转移技术 第五节 人工染色体
4
第一节 人工诱导多倍体
一．技术方法 二．倍性鉴定方法 三．优点与缺点
5
多倍体（polyploid）是指每个体细胞中含有三 个或更多染色体组的个体而言。在自然界中， 多倍体现象在高等植物中相当多，而动物界 却少得多。
1939年，Frankhauser和Griftiths首先在两栖类 中成功地诱发了三倍体。
目前对鱼类使用温度休克法诱导三倍体的工作报道较多。 一般来说，冷水性鱼类如鲑科种类应用热休克法好，而温水 性鱼类用冷休克效果较好。
优点：廉价、易操作，是诱导动物细胞多倍体化的常用手 段，也有利于大规模生产使用。
10
⑵ 水静压法：采用较高的水静压（65kg/cm2）抑
制第二极体的放出或第一次卵裂来产生多倍体。 优点：诱导率高（一般在90％～100％）、处理
自然界中一些无脊椎动物和鱼类等存在。 人工诱导雌核发育是指用经过紫外线、X射线或γ射线等处
理后的失活精子来“受精”，再在适当时间施以冷、热、 高压等物理处理，以抑制第二极体的排出，使卵子发育为 正常的二倍体动物。
21
凡雌核发育的个体，都具有纯母系的单倍体染色体 组，依赖于卵子染色体组的二倍体化。
秋水仙碱：可以抑制细胞分裂中纺缍丝的形成，因而抑制 F2和聚乙二醇等。 缺点：化学药品一般比较昂贵、且具有毒性，影响处理后
的胚胎发育，同时加上化学药物诱导产生的多倍体往往是在 育种上没有价值的镶嵌体，所以化学方法在实际中的应用不 及物理方法。
12
二、倍性鉴定方法
时间短（3～5min），对受精卵损伤小、成活率高。 缺点：需要专门的设备——水压机，成本较高，
其样品室容量有限，处理卵的量有限，所以不适 于大规模生产的。
11
3. 化学方法
有些化学物质也可以用来阻止第二极体的排出或受精卵的 有丝分裂而产生三倍体或四倍体。
细胞松驰素B：能抑制肌动蛋白聚合成微丝，从而抑制细胞 质分裂。
生化分析：如在关东系银鲫中，三倍体红血球的丙 酮酸激酶的含量含著高于二倍体。
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染色体计数：是鉴定多倍性倍性的一种最为准确、 直接方法，但缺点是费时；
DNA含量测定：流式细胞仪。是较为先进常用的方 法，其测定快速准确，并能测出嵌合体，但需要特 殊的仪器设备。
采用何种方法均有利有弊，进行鉴定主要依赖于所 测样本的发育时期、实验要求和所具备的仪器设备 条件。
16
三、优点与缺点
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1. 优点
多倍体育种技术方法简单、见效快，具有潜在的理论和应用 价值。
许多诱导的多倍体动物如两栖类、鱼类、贝类等都具有良好 的生存力和生长率。
种间杂种生长快，可以同时具有两个不同的种的优良特性。 利用三倍体不育的特性，将生殖腺发育消耗的能量用于动物
生长，可以避免因繁殖季节及肉质下降而延误上市时间或影 响商品价值，缩短了养殖周期，减少了养殖成本，这在鲍鱼、 昆虫等方面已有应用。 某些多倍体动物肉质量、含氧量、抗病性等经济性状较二倍 体好。
1911年，赫特威氏就第一个成功地人工消除了精子 染色体活性，并发现了“赫特威氏效应”。
赫特威氏效应指只有在适当的高辐射剂量下，才能 导致精子染色体完全失活，届时精子虽能穿入卵内， 却只能起到激活卵球启动发育的作用。
9
2. 物理学方法
包括温度激变（温度休克法）、机械创伤、电离辐射、离 心、水静压法和高盐高碱法等。
⑴ 温度休克法：冷休克法（0～5℃）和热休克法（30℃）。
定义：用略高于或略低于致死温度的冷或热休克来诱导三 倍体或四倍体的方法。
关键：能否成功地阻止第二次成熟分裂或第二极体的排出。 要达到这一点，必须考虑温度处理的开始时间（TA）、处理 持续时间（D）和处理温度（T）这三个因素。